第四十七期 2009年10月刊
 
 
 
發行人:黃升龍所長  編輯委員:蔡睿哲教授  主編:林筱文  發行日期:2009.10.09
 
 

 本所10月份演講公告:

日期

講者簡介 講題 地點 時間

光電論壇

10/23 (Fri)

李瑞光教授

清華大學光電所  

Light localization in classical and quantum worlds

博理館

R113

14:30~16:30
10/30 (Fri)

陳啟昌教授

中央大學光電所  

逐夢法國-

法國生活文化及留學經驗談

博理館

R113

14:30~16:30

 

 
 

~ 光電所所學會98學年度中秋餐會  花絮報導 ~

時間:98年9月25日;地點:臺灣大學電資學院明達館3F中庭廣場

花絮整理:所學會會長魏祥鈞

很高興這次的光電所中秋餐會圓滿地落幕,不知道大家是否吃得開心、聊得開心、拿得開心呢?感謝今年各位的參與,讓我們的活動更加豐富。有許多地方沒有準備得很周到,也感謝同學們的配合與包涵。

先從這次的事前準備工作講起,相信大家都有發現今年有比較特別的場地佈置,視覺上我們準備了三對大型軟筆春聯、七顆月亮的主題招牌、入口處的燈籠與專業毛筆對聯,聽覺上有特別的臺灣味背景音樂,目的是營造更濃厚的中秋節節味。在宣傳方面,有精美的海報,還有特別經過設計的餐券、特殊飲料的撕撕樂兌換券。至於餐點的準備上,為了避免"僅有早到的鳥兒有蟲吃"的缺憾,我們特別準備了每人一個的必勝客獨享比薩、限量特殊飲料(發掘出了許多酒鬼),再加上另外預備的自助式餐點,目的是讓大家都飽飽地回去。

舞台佈置

好吃的餐點及踴躍的人潮

進入高潮的抽獎活動時,人人都可以拿到一個應景的月餅,這可是特別蒐尋過後從育仁啟能中心訂來的唷,所以當您咬下一口的時候,就代表做了一件好事喔!

抽獎的禮品方面,我們準備了五十份客製化的手環隨身碟,上面印有GIPO字樣,富有紀念價值卻又不流於俗氣,另外還要特別感謝電機系胡振國系主任提供的高額SOGO禮券做為我們的大獎。今年獎品的單項金額或許沒有往年高,但是最主要還是希望讓多一點人可以開心地拿到東西走回實驗室。值得一提的就是前三大獎,我們還準備了教授們簽名的柚子以及放大版監獄兔畢業證書,是不是很有趣呢?

中秋餐會抽獎活動頒獎時間

此外,本次活動中也特別規劃舉行了光電所第一屆微結構攝影競賽的頒獎典禮,由於每一項得獎作品都是嘔心瀝血之作,所以趁這個機會讓大家一睹得獎者的風采。

第一屆微結構攝影競賽頒獎典禮

第一屆微結構攝影競賽頒獎典禮

此次餐會活動的完成,要特別感謝光電所所長、副所長及所有參與教授們的蒞臨,也謝謝電機系胡振國系主任的參與並提供我們抽獎的禮券,使我們的活動更加圓滿。再者,感謝所辦的支持,電機二館、博理館及明達館管理中心的協助,使籌備工作得以順利進行。

最後也要特別感謝辛苦的幕後工作人員,胡佳寧、王怡文、張哲瑜、洪傑睿、劉彥良、李昀錡、洪鈺庭、林柏裕、許舒涵、王曉淯,有你們的努力,才能辦出這次的中秋餐會。另外也有許多臨時為我們出力的朋友,謝謝你們。

七顆月亮的招牌
 

大型軟筆春聯

 
精心訂做的手環隨身碟
 
特製的第一大獎:監獄兔畢業證書
工作人員大合照

 

~ 2009 第一屆微結構攝影競賽得獎作品發表  系列報導 ~ 【六之二】

評選時間:98年8月17日; 評選地點:臺灣大學博理館B1博理藝廊)

《優等》

【作品名稱】人間
【參賽作者】葉伯淳
 

【作品說明】

 

藝術性:

或高或矮、或胖或瘦。外表相似,卻各有不同。然皆順著時間洪流,向前漫步。宛如人間縮影。

 

實物說明:

實驗成長氮化鎵奈米結構,此為其一測試條件之照片,樣品表面具有高密度奈米結構,亦構成此圖之意象,煞為有趣。

 

《優等》

【作品名稱】花焰
【參賽作者】黃玠維

【作品說明】

 

藝術性:

盛開之花如火焰般的生命力,殷紅的花瓣,燃燒著極為短暫的驚艷。

 

實物說明:

利用E-beam writer寫在不導電基板上所產生的電荷累積效應,光阻顯影後,經由光學顯微鏡所拍攝到的圖像。

 

 
 

 

~ 與南京大學(Nanjing University)博士生交流活動 2009  系列報導 ~

(時間:98年7月5日至7月11日;地點:南京大學

【之五】

撰文:光電所博士班學生蔡建中

中午於南大的南方園學生餐廳吃完午飯後,由南大傅德頤同學領軍,一行人前往蒙民偉大樓頂樓的微加工中心。此大樓為香港信興集團主席蒙民偉所捐贈,故此大樓以此命名。此大樓於2003年7月竣工,素有"江蘇高校第一高樓"之稱,亦為南京大學現代化標誌性建築。此樓層亦為其國家重點實驗室-固體微結構國家實驗室之一實驗中心。下圖所示之微加工中心,更有鴻海董事長郭台銘前往參訪過,並給予高度讚賞。

此牌坊右側大門口進入的通道,有設置一雙扇負壓隔離門,可防止灰塵跑進無塵室,進而影響內部微結構生長的品質。內部格局為單一通道設計。整層大樓僅一入口與一出口,目的為有效控制無塵室的大氣環境。無塵室內部該有的設備一應俱全,從一般我們所熟知之光學顯微鏡,到可觀察細部結構的電子顯微鏡、原子力顯微鏡、掃描式電子顯微鏡等,應有盡有。在此處生長出的二維與三維光子晶體結構,也都可藉由這些機台去計算量測出表面形貌、粒子大小、週期、與幾何結構圖形。當然,E-gun真空腔體薄膜蒸鍍機、有機金屬化學氣相沉積機、E-beam 蝕刻機等較著名的機台,也是他們生長微結構過程當中,不可或缺的夥伴。目前大多數物理系所欲製備的微結構所需機台與器材,都可以在此處一貫手續完成。

由於參訪的前一天南京下暴雨,導致當地造成罕見的水患,我們一行人進去無塵室後,發現天花板有些微漏水的現象。另外,他們的無塵室地處此大樓之頂樓處,震動或多或少會讓無塵室在磊晶或者是結構生長與蝕刻,受到一定程度的影響。所幸南京不像台灣,位於環太平洋地震帶,所以震動的因素或許可不列入生長環境考慮。

 

之六

撰文:光電所博士班學生紀裕傑

七日中午,利用短暫的休息時間,在南京大學物理系博士班學生呂新杰的帶領下,參觀了南京大學閔乃本院士與其研究團隊(朱永元教授、祝世寧院士、陸亞林教授及陸延青教授等)對《介電體超晶格(Superlattice) (光學超晶格與聲學超晶格)材料的設計、製備、性能和應用》之研究,該研究主張用光代替電子作為信息載體,並將超晶格的概念推廣到介電材料(不導電但可透光的材料)上,也就是在絕緣的介電材料中引入在幾何結構上與晶格相似的人工有序微結構,藉以實現對光與聲的控制。總體思路是利用介電材料的線性、非線性光學效應、壓電效應、聲光效應等不同的物理效應對光、聲的頻率、強度、相位、偏振、傳播方向等進行轉換、調製操縱和控制,其研究成果簡單列表如下:

1.   發展了兩種超晶格製備技術,分別為控制生長條紋(Grown striations)與室溫電場極化技術(Electric-field poling method),並研製出週期(Periodic)、准週期(Quasiperiodic)、變週期(Period-varying)及二維等不同結構的光學超晶格。

2.   將光學超晶格與全固態激光技術結合,研製出多波長可調諧(Tunable multi-wavelength)光學超晶格全固態激光器。

3.   提出聲學超晶格概念,建立超高頻聲波激發和傳播的理論,並製備超高頻聲學原型器件。

4.   提出離子型聲子晶體(Ionictype phononic crystal)的概念,在實驗和理論上將晶體中光波與聲波的耦合效應(極化激元(Polariton)的激發)從紅外擴展至微波階段。

5.   發現了超晶格中基於壓電效應的新型極化激元。

6.   將Bloembergen的准相位匹配理論從週期結構推廣到准週期結構、非週期結構,從一維拓展至二維,發展了多重准相位匹配理論,研製出能實現准相位匹配的超晶格材料。

7.   利用准相位匹配材料,發現了多種新穎的非線性光學效應。如光散射增強效應,非線性Cerenkov輻射,非線性光學中的Huygens原理等。

8.   光學超晶格可作為一種新型的糾纏光源(Entangled light source),其轉換效率比傳統的BBO、LBO等晶體提高了一個量級,在波導中甚至高出四個量級以上。另一方面,其靈活的相位匹配方式及豐富的非線性耦合過程也大幅地擴展了糾纏源的功能。

9.   利用光學超晶格的獨特優勢,從理論上研究了耦合參量過程(Matching parameter process)產生的多光子糾纏(Multi-photon entanglement)態以及多模連續變量糾纏(Multi-mode continuous-variable entanglement),並利用疇工程(Domain engineering)技術在實驗上實現了對糾纏光子(Entangled photon)的波前調控。

10. 構造出一些特殊的人工金屬結構,其電子的集體震盪元激發(Plasmon)可以對光波產生磁響應。利用這些磁響應單元做為人工磁原子(Artificial magnetic atom)可以組裝出新型m1的人工磁特異介質。

11. 針對不同形式微奈米結構磁原子的本徵特性以及對光的影響和調控的性質開展研究,著重考察多個磁原子之間耦合性質及由此構造的新型光學材料的各種功能特性。

自1978年閔乃本教授與其研究團隊致力於介電體微結構和介電體超晶格的研究以來,在材料製備、物理效應、器件研製等方面展開了漫長的研究歷程。陸亞林、陸延青等教授在閔乃本院士的指導下,利用各種週期的超晶格材料,實現了對連續波、奈秒脈衝、皮秒脈衝及飛秒脈衝等一系列光源的倍頻,其頻率轉換波長覆蓋了從紅外到藍紫光的寬廣頻段,得到國際學術界的廣泛認同,其研究結果有3篇被發表在《Science》,10篇被發表在《Phy. Rev. Lett.》(兩篇封面文章),100餘篇被發表在SCI論文中,另有綜述性論文十餘篇,在國際會議上作特邀報告二十五餘次及美國專利二項。

在整個參觀過程中,令我印象深刻的有兩件事,其一是介紹人員對所屬實驗室研究成果相當瞭解,即使不是自己的專業領域,也能提綱挈領地介紹,而面對我們提問時,也都能不慌不忙地進行深入的回答。其二則是來參觀的包含了大陸各大學(清華大學、上海交通大學、中科院光機所及天津大學等)的博士生,在參觀過程中十分積極的提問,不論問題是否深入,只要不懂就問,這對於問問題前總是要思考再三,最後仍不見得敢問的我們,實在是一件值得學習的事。此外,雖然從目前的發表看來,閔院士與其研究團隊的研究成果相當豐碩,但其實在研究的最初並未被人所看好,因為在當時這是一個相當冷門的題目,也還僅是在理論階段,但閔院士與其研究團隊在經過近二十年的努力與南京大學的全力配合後,得到了極成功的成就,針對此一問題,閔院士在一次接受訪問中給了一個答案:「一個真正有素質的科學家,要耐得住寂寞,為了追求自己的科學設想,是要十年、二十年做下去的。」我想這其實給了我們一定程度的提醒,在面對自己的研究題目時,或許會遇到許多困難,當然也不見得能馬上有成果,但若能靜心思考,持之以恆,必能有所得。

 

 
 

Characterizations of GaN-Based LEDs Encompassed with Self-Aligned Nanorod Arrays of Various Distribution Densities

Professor Jian-Jang Huang

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 黃建璋教授

GaN-based LEDs encompassed with self-aligned nanorod arrays of three types of nanorod arrangement were fabricated by simply using spin-casting and dry etching.  Light diffraction behaviors are characterized by considering the radiation profiles of these structures.  The output power enhancement factor of the S-nanorod device over the conventional one is 27.25% in the vertical direction and 30.43% for the integrated intensity.  This enhancement is omni-directional because the less regular arrangement of S-nanorod structure results in a varying G and omni-directional distribution of radiation modes.  On the other hand, from the radiation profile, the D-nanorod device shows better directionality due to its relatively well-aligned nanorod arrays (and thus less varying lattice vector G) but with a less optical output enhancement.  The relatively well-arranged D-nanorods, especially in the first several columns facing p-mesa act as gratings with groove in the vertical direction and diffract laterally propagated light back toward the p-mesa, thus decreasing the amount of power enhancement.  Also, the existence of higher order diffraction modes enables the S-nanorod device to have a higher power enhancement factor.

Fig. 1. Illustration of the LED device encompassed with nanorod reflectors

Fig. 2. SEM photos of the self-aligned nanorod arrays of the (a) S-nanorod, (b) M-nanorod, and (c) D-nanorod LEDs.  The fill factors are 0.188, 0.285 and 0.467 for (a), (b), and (c), respectively.  (d) Illustration of the triangular lattice for the calculation of the effective lattice constant a for a specific fill factor.

Fig. 3. Measured radiation profiles (a) and the normalized results to the vertical direction (90˚) (b) of the devices under comparison.

 

Analysis of Highly Conducting Lamellar Gratings with Multidomain Pseudospectral Method

Professor Yih-Peng Chiou’s group

Graduate Institute of Photonics & Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 邱奕鵬教授

Numerical modeling for grating structures plays an important role in their investigation and applications. The performance of the modeling is even essential, when grating periods become comparable to the wavelength and structures are involved with highly conducting materials. The rigorous coupled wave analysis (RCWA) is the most widely used spectral methods. But in recent years, numerical instability problem with TM polarization was discovered when the real part of the refractive index is very small (highly conducting gratings). Another common modal method is the classical modal method which is very powerful technique to approach this problem, but its complicate process to limit the further applications. Here we combine the features of these two numerical methods: the easily solved eigen equation in the grating of RCWA and the analytical mode profiles of modal method. The multidomain pseudospectral frequency method we adopted avoids classical modal methods from finding the roots of dispersion relation especially while complex roots are involved and avoids Runge phenomenon and Gibbs phenomenon to achieve uniform accuracy at the same time. The validity of numerical results by MDPS is compared with commonly used rigorous coupled wave analysis for TM polarization. The numerical evidence shows the developed method has not only better stability but also higher efficiency.

Fig. 1. Simulation results of a metallic lamellar grating of pitch 0.25μm with index 3.18-4.41j deposited on glass substrate with TM-polarized wave 0.55μm. (a) The diffraction efficiencies T0 by RCWA and MDPS. The circle line is obtained by using RCWA, and the solid line by MDPS. (b) The retained orders dependence of convergence of diffraction efficiencies.

Fig. 2. Diffraction efficiency R−1 of a highly metallic lamellar grating of pitch 0.5μm with index -10j as the function of the groove width g. The wavelength is 632.8 nm. The solid curve is obtained by MDPS and the dash line by RCWA.

Fig. 3. (a) Amplitudes of the first two TM modal fields with real effective index in the grating. (b) Numerically calculated diffraction efficiencies as a function of grating thickness.

Y.-P. Chiou, W.-L. Yeh, and N.-Y. Shih, IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology, 27,  Dec. 2009.

 

 
 

論文題目:鎂摻雜8-羥基奎林鋁之光電物理特性及其有機太陽能電池之應用

姓名:林建宏   指導教授:李君浩教授

 


摘要

我們使用鎂原子來改善有機分子8-羥基奎林鋁(Alq3)的光電特性。在有機太陽能電池應用裡,鎂摻雜8-羥基奎林鋁能提供一個電子受體的角色並且擁有良好的電子傳輸能力;其能階增加0.64 eV以致於形成載子轉換(charge transfer)的型態,提供較高效率的光激子分離(exciton dissociation)。更從光譜中觀察到其單重態(singlet state)(螢光)的光激子之生命週期縮短從14 ns 到2 ns,而且其三重態(triplet state)(燐光)的光激子保持穩定的長生命週期0.5 ms,並且三重態光激子的擴散長度被預測為90 nm。這樣擁有長生命週期與擴散能力的有機材料能提供更多的光激子並且提升光電流的輸出。在太陽能電池元件的表現上,添加鎂金屬粒子的元件與尚未添加的元件相較之下,光轉換效率可以修正到0.15%,且其外部量子效率也驗證出其光電行為被改善。

圖一:鎂摻雜Alq3有機金屬半導體能改善能階上的不匹配問題,使得元件中產生適當的P-N介面,進而提升太陽能電池的光轉換效率。

圖二:金屬鎂原子逐漸加入有機半導體時,能改變電子傳輸能力,載子能在更低缺陷非晶系材料中更快速地傳輸。

 

 
 
 

— 資料提供:影像顯示科技知識平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理:林晃巖教授、陳冠宇 —

應用於高增益放大器之高遷移率雙極性有機材料

傳統上有機材料所製造的電路只能允許一種類型(正或負)電荷通過,因為電子電洞遷移率差不多的材料,通常遷移率都很慢,所以不同的電荷傳導層會選用不同的材料來達成;而美國華盛頓大學(University of Washington)最近發表的研究成果,則是讓有機電子元件能同時良好地傳遞正負電荷。電子與電洞遷移率分別可達0.04與0.003 cm2 V-1 s-1,使用這材料所製作具金電極的反向放大器,在電壓增益-30時能有陡峭的轉換,如圖一。且此種有機材料製作的放大器可望利用於軟性電子設備上。

 

現今的有機半導體最主要的缺點,就是主要只能傳遞正電荷──又稱電洞(hole),因為正電荷的移動範圍實際上是缺少電子的地方;在最近十年,有少數新開發的有機電子材料則是只能傳遞負電荷(電子)。因此可用的有機電路製造方法,其實是緊密地將兩層複雜的電路圖案疊在一起;其中一層傳遞電子,另一層傳遞電洞。因為目前的有機半導體有這樣的限制,要運用就得想辦法進行補償,也導致各種複雜的製程與困難。

 

最近幾年華盛頓大學化工系Jenekhe教授的研究團隊開發了一種具備電子的施體(donor)與受體(acceptor)的聚合物,並仔細地調整了這兩個部份的強度。他們現在與肯塔基大學化學系Watson教授的實驗室合作開發出了一種能同時傳遞正負電荷的有機聚合物,並命名為PNIBT(naphthalenebiscarboximide-bithiophene),施體使用dialkoxybithio-phene,而受體使用NBI(naphthalene bisimide),化學結構如圖二所示。他們的研究成果是不再需要使用兩種不同的有機半導體,只要用一種材料就能製造電路。該研究團隊已經使用新材料,透過與矽電晶體相同的設計模式製造出有機電晶體,且產出成果能同時讓正負電荷快速通過。Jenekhe教授並表示,他們的成果是目前單一種有機聚合物半導體中表現最好的,電子移動速度比其他聚合物電晶體快了5~8倍。此外他們所製造的一組包含2個以上整合元件的電路,所產生的電壓增益(voltage gain)也比現有聚合物電路的表現高了2~5倍。

 

圖一、應用新材料所製的反向放大器電壓轉換特性

圖二、應用新材料PNIBT的化學結構式

 

原始論文:

“High-mobility Ambipolar Transistors and High-gain Inverters from a Donor-Acceptor Copolymer Semiconductor”, Advanced Materials 21, (2009)

中文新聞來源:

http://www.eettaiwan.com/ART_8800581954_480102_NT_6416c704.HTM

英文新聞來源:

http://www.eetimes.eu/semi/219400564

   
 
 
 
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